JP2010521586A - Thin film manufacturing method and thin film manufacturing apparatus - Google Patents

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Abstract

薄膜製造方法が提供される。基板チャンバ内に提供される。チャンバ内に第１反応ガス及び第２反応ガスが供給される。第１反応ガスが解離されて結晶性ナノ粒子を形成する。第２反応ガスを利用して基板上に非結晶性物質の形成が抑制される。そして、基板上に提供された結晶性ナノ粒子から結晶性薄膜を形成する。  A thin film manufacturing method is provided. Provided in the substrate chamber. A first reaction gas and a second reaction gas are supplied into the chamber. The first reaction gas is dissociated to form crystalline nanoparticles. Formation of an amorphous substance on the substrate is suppressed using the second reaction gas. Then, a crystalline thin film is formed from the crystalline nanoparticles provided on the substrate.

Description

本発明は、薄膜製造方法及び薄膜製造装置に係り、さらに詳細には、結晶性ナノ粒子から結晶性薄膜を形成する薄膜製造方法及び薄膜製造装置に関する。   The present invention relates to a thin film manufacturing method and a thin film manufacturing apparatus, and more particularly to a thin film manufacturing method and a thin film manufacturing apparatus for forming a crystalline thin film from crystalline nanoparticles.

従来の場合、結晶化されたシリコン膜を得るためには、一例として、プラズマ化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ：plasma enhanced chemical vapor deposition）、熱線化学気相蒸着（ＨＦＣＶＤ：hot filament chemical vapor depositionまたはＨＷＣＶＤ:hot wire chemical vapor deposition）などを含む化学気相蒸着方法を利用し、非晶質シリコンを基板に蒸着した後、固相結晶化（ＳＰＣ：solid phase crystallization）、金属誘導側面結晶化（ＭＩＬＣ：metal induced lateral crystallization）、エキシマレーザ結晶化（excimer laser crystallization）などの方法を利用し、高温で長時間再結晶化過程を経たり、または触媒を利用したり、エキシマレーザを利用したりして、表面を瞬間的に結晶化させる方法が利用された。   In the conventional case, in order to obtain a crystallized silicon film, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), hot filament chemical vapor deposition (HFCVD) or HWCVD: After vapor deposition of amorphous silicon on a substrate using a chemical vapor deposition method including hot wire chemical vapor deposition), solid phase crystallization (SPC), metal induced side crystallization (MILC) Induced lateral crystallization), excimer laser crystallization, excimer laser crystallization, etc., the surface is subjected to a recrystallization process for a long time at a high temperature, using a catalyst, or using an excimer laser. A method of instantaneously crystallizing was used.

このように、膜蒸着及び結晶化の２段階を経る蒸着方法は、工程が複雑となりうる。具体的には、長時間の熱処理時間が必要であるので、工程速度が遅くなり、高温で長時間熱処理を行うので、高温で耐えることができる材料からなる基板を使用しなければならないという困難さがある。また、触媒を利用する場合、蒸着された膜に不純物が残り、エキシマレーザを利用する場合、工程を行うのに高価の装備が必要であるという困難さがある。   As described above, the vapor deposition method including two steps of film vapor deposition and crystallization can be complicated. Specifically, since a long heat treatment time is required, the process speed is slow, and the heat treatment is performed at a high temperature for a long time. Therefore, it is difficult to use a substrate made of a material that can withstand a high temperature. There is. Further, when a catalyst is used, impurities remain in the deposited film, and when an excimer laser is used, there is a difficulty that expensive equipment is required to perform the process.

本発明が解決しようとする技術的課題は、別途の後熱処理または脱水素工程なしに、高品位結晶性薄膜を蒸着できる薄膜製造方法を提供することである。   The technical problem to be solved by the present invention is to provide a thin film manufacturing method capable of depositing a high-quality crystalline thin film without a separate post-heat treatment or dehydrogenation step.

本発明が解決しようとする他の技術的課題は、別途の後熱処理または脱水素工程なしに、高品位結晶性薄膜を蒸着できる薄膜製造装置を提供することである。   Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a thin film manufacturing apparatus capable of depositing a high-quality crystalline thin film without a separate post heat treatment or dehydrogenation step.

上記技術的課題を解決するために本発明の一態様による薄膜製造方法が提供される。前記薄膜製造方法において、まず、チャンバ内に基板を提供する。前記チャンバ内に、第１反応ガス及び第２反応ガスを供給する。そして、前記第１反応ガスを解離し、結晶性ナノ粒子を形成する。前記第２反応ガスを利用し、前記基板上に非結晶性物質の形成を抑制する。そして、前記基板上に提供された前記結晶性ナノ粒子から、結晶性薄膜を形成する。   In order to solve the above technical problem, a thin film manufacturing method according to one embodiment of the present invention is provided. In the thin film manufacturing method, first, a substrate is provided in a chamber. A first reaction gas and a second reaction gas are supplied into the chamber. Then, the first reaction gas is dissociated to form crystalline nanoparticles. The second reaction gas is used to suppress the formation of an amorphous material on the substrate. Then, a crystalline thin film is formed from the crystalline nanoparticles provided on the substrate.

一実施例によれば、前記結晶性ナノ粒子は、形成される前記結晶性ナノ粒子の類型によって、負電荷または正電荷を有するように荷電されうる。   According to one embodiment, the crystalline nanoparticles may be charged to have a negative charge or a positive charge, depending on the type of crystalline nanoparticles that are formed.

他の実施例によれば、前記基板に電場を形成し、前記荷電結晶性ナノ粒子を前記基板へ誘導できる。   According to another embodiment, an electric field is formed on the substrate, and the charged crystalline nanoparticles can be guided to the substrate.

さらに他の実施例によれば、前記第２反応ガスを利用し、前記基板上に前記非結晶性物質が成長することを抑制したり、またはすでに成長した非結晶性物質をエッチングできる。   According to another embodiment, the second reaction gas may be used to suppress the growth of the amorphous material on the substrate or to etch the already grown amorphous material.

さらに他の実施例によれば、前記結晶性薄膜の結晶度を、供給される前記第１反応ガスと第２反応ガスとの比率によって決定できる。   According to another embodiment, the crystallinity of the crystalline thin film can be determined by the ratio of the supplied first reaction gas and second reaction gas.

前記技術的課題をなすための本発明の他の態様による薄膜製造装置は、内部に基板が装入されるチャンバと、前記チャンバ内に第１反応ガスを供給する第１ガス供給装置と、前記第１反応ガスを解離させて結晶性ナノ粒子を形成するエネルギー源と、前記基板上で非結晶性物質の形成を抑制する第２反応ガスを提供する第２ガス供給装置とを含む。   A thin film manufacturing apparatus according to another aspect of the present invention for achieving the technical problem includes a chamber in which a substrate is loaded, a first gas supply device for supplying a first reaction gas into the chamber, An energy source that dissociates the first reaction gas to form crystalline nanoparticles; and a second gas supply device that provides a second reaction gas that suppresses formation of an amorphous material on the substrate.

一実施例によれば、前記エネルギー源は、前記第１ガス供給装置と前記基板との間に設けられた熱線構造体を含む。   According to an embodiment, the energy source includes a hot wire structure provided between the first gas supply device and the substrate.

他の実施例によれば、前記薄膜製造装置は、前記基板上部に開閉可能に設けられ、前記第１反応ガスまたは前記エネルギー源から放出される熱を基板に対して遮断する基板遮断部をさらに含むことができる。   According to another embodiment, the thin film manufacturing apparatus further includes a substrate blocking unit provided on the substrate so as to be openable and closable, and blocking the heat released from the first reaction gas or the energy source from the substrate. Can be included.

さらに他の実施例により、前記薄膜製造装置は、前記基板と連結されて前記基板に電場を形成させるバイアス印加部をさらに含むことができる。   According to another embodiment, the thin film manufacturing apparatus may further include a bias applying unit connected to the substrate to form an electric field on the substrate.

本発明によれば、別途の後熱処理工程または脱水素工程なしにも、高品位結晶性薄膜の蒸着が可能である。このように、後熱処理工程または脱水素工程の省略によって、工程時間及び製作コストを節約できる。基板と離隔された熱線構造体で反応ガスの解離がなされるので、基板上で低温工程が可能である。従って、工程温度に拘束されずに、多様な形態の基板を使用できる。   According to the present invention, a high-quality crystalline thin film can be deposited without a separate post heat treatment step or dehydrogenation step. Thus, the process time and the manufacturing cost can be saved by omitting the post heat treatment process or the dehydrogenation process. Since the reaction gas is dissociated in the heat ray structure separated from the substrate, a low temperature process is possible on the substrate. Accordingly, various types of substrates can be used without being restricted by the process temperature.

そして、本発明によれば、製造される薄膜の結晶度を、供給される反応ガスの比率によって異なって調節できる。   And according to this invention, the crystallinity of the thin film manufactured can be adjusted differently with the ratio of the reaction gas supplied.

本発明の第１実施例による薄膜蒸着装置を概略的に図示した図面である。1 is a schematic view illustrating a thin film deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第２実施例による薄膜蒸着装置を概略的に図示した図面である。3 is a schematic view illustrating a thin film deposition apparatus according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第３実施例による薄膜蒸着装置を概略的に図示した図面である。3 is a schematic view illustrating a thin film deposition apparatus according to a third embodiment of the present invention. 本発明の一実施例による薄膜蒸着の機構を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the mechanism of thin film vapor deposition by one Example of this invention. 本発明の一実施例による薄膜製造方法の各段階を図示するフローチャートである。3 is a flowchart illustrating each step of a thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention. 塩素（Ｃｌ）を含む雰囲気でのシリコン過飽和度をシミュレーションで摸写した結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of having copied the silicon supersaturation degree in the atmosphere containing chlorine (Cl) by simulation. 本発明の一実施例において、塩化水素ガスの流量によって異なって蒸着された薄膜をラマン分光器で測定した結果を示したグラフである。In one Example of this invention, it is the graph which showed the result of having measured the thin film deposited differently with the flow rate of hydrogen chloride gas with the Raman spectrometer.

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施例についてさらに詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されるものではなく、他の形態で具体化され得る。ただ、ここで紹介される実施例は、開示された内容が徹底して完全になりうるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝えられるように、提供されるものである。図面で、さまざまな装置、層（または膜）及び領域を明確に表現するために、前記装置、層（または膜）及び領域の幅や厚さを拡大して示した。全体的に、図面の説明時に、観察者の視点から説明し、装置が他の装置または基板上に位置すると言及される場合、他の装置または基板上にじかに位置したり、またはそれらの間に追加的な装置が介在されてもよい。また、当該分野で当業者であるならば、本発明の技術的思想を外れない範囲内で、本発明を多様な他の形態で具現できるであろう。そして、複数の図面上の同一符号は、同じ要素を指す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. However, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed contents can be thoroughly and completely transmitted, and the idea of the present invention is sufficiently conveyed to those skilled in the art. In the drawings, in order to clearly express various devices, layers (or films) and regions, the widths and thicknesses of the devices, layers (or films) and regions are enlarged. Overall, when describing the drawings, when described from the observer's point of view and mentioning that the device is located on another device or substrate, it is located directly on or between other devices or substrates. Additional equipment may be interposed. Further, those skilled in the art will be able to implement the present invention in various other forms without departing from the technical idea of the present invention. And the same code | symbol on several drawing points out the same element.

図１は、本発明の第１実施例による薄膜蒸着装置を概略的に図示した図面である。図１を参照すれば、本発明の第１実施例による薄膜蒸着装置１００は、基板Ｓが装入されるチャンバ１１０、チャンバ１１０内に第１反応ガスを供給する第１ガス供給装置１２０、前記第１反応ガスを解離させて結晶性ナノ粒子を形成するエネルギー源１３１、及び前記基板Ｓ上で非結晶性物質の形成を抑制する第２反応ガスを供給する第２ガス供給装置１５０を含む。薄膜蒸着装置１００は、基板Ｓを支持する基板支持台１４０、前記基板Ｓに電場を形成するバイアス印加部１９０及び前記基板Ｓ上部に、開閉可能に設けられた基板遮断部１４をさらに含むことができる。   FIG. 1 is a schematic view illustrating a thin film deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a thin film deposition apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention includes a chamber 110 in which a substrate S is loaded, a first gas supply device 120 that supplies a first reaction gas into the chamber 110, and An energy source 131 that dissociates the first reaction gas to form crystalline nanoparticles, and a second gas supply device 150 that supplies a second reaction gas that suppresses formation of an amorphous material on the substrate S are included. The thin film deposition apparatus 100 may further include a substrate support 140 for supporting the substrate S, a bias applying unit 190 for forming an electric field on the substrate S, and a substrate blocking unit 14 provided on the substrate S so as to be openable and closable. it can.

チャンバ１１０は、真空排気系Ｖと連通され、図示されていないが、基板Ｓを装入／搬出できるようにする基板出入口を含むことができる。   The chamber 110 is in communication with the evacuation system V and may include a substrate inlet / outlet that allows the substrate S to be loaded / unloaded, although not shown.

第１ガス供給装置１２０がチャンバ１１０の上部に配される。図示されているように、第１実施例で第１ガス供給装置１２０は、シャワーヘッド１２０でありうる。シャワーヘッド１２０は、チャンバ１１０の上部に配され、チャンバ１１０内部に、前記第１反応ガスを供給する。シャワーヘッド１２０は、ガス流入口１２１及びガス噴出口１２３を含む。   A first gas supply device 120 is disposed on the upper portion of the chamber 110. As illustrated, the first gas supply device 120 in the first embodiment may be a shower head 120. The shower head 120 is disposed in the upper part of the chamber 110 and supplies the first reaction gas into the chamber 110. The shower head 120 includes a gas inlet 121 and a gas outlet 123.

前記第１反応ガスは、チャンバ１１０外部からガス流入口１２１を介してシャワーヘッド１２０に流入され、ガス噴出口１２３を介してチャンバ１１０内部に提供される。   The first reaction gas flows from the outside of the chamber 110 into the shower head 120 through the gas inlet 121 and is provided into the chamber 110 through the gas outlet 123.

一実施例によれば、前記第１反応ガスは、前記基板Ｓ上に実質的に形成される薄膜の元素を含むことができる。   According to an embodiment, the first reaction gas may include a thin film element substantially formed on the substrate S.

一実施例によれば、シリコン薄膜を形成する場合、前記第１反応ガスは、ＳｉnＨ2n+2（ここで、ｎは自然数）で表示されるシラン系化合物を主体とするガスを含むことができる。例えば、前記第１反応ガスは、モノシラン、ジシラン、トリシラン、テトラシランなどを含むことができ、望ましくは、モノシラン、ジシラン、トリシラン、またはこれを含んだ混合ガスを含むことができる。他の実施例によれば、前記第１反応ガスは、ＳｉnＨ2n+2-mＦm（ここで、ｎ，ｍは自然数であり、ｍ＜２ｎ＋２であり、ｍは０も含むことができる）で表示されるフッ化シラン、例えば、ＳｉＨ3Ｆ、ＳｉＨ2Ｆ2、ＳｉＨＦ3、ＳｉＦ4、Ｓｉ2Ｆ6、Ｓｉ2ＨＦ5、Ｓｉ3Ｆ8；ＳｉnＲ2n+2-mＨmで表示される有機シラン、例えば、Ｓｉ（ＣＨ3）Ｈ3、Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｈ2、Ｓｉ（ＣＨ3）3Ｈなど、またはこれらの化合物や混合物を含むことができる。 According to one embodiment, when forming a silicon thin film, the first reaction gas includes a gas mainly composed of a silane compound represented by Si n H 2n + 2 (where n is a natural number). Can do. For example, the first reaction gas may include monosilane, disilane, trisilane, tetrasilane, and the like, and may include monosilane, disilane, trisilane, or a mixed gas including the same. According to another embodiment, the first reaction gas may be Si n H 2n + 2-m F m (where n and m are natural numbers, m <2n + 2, and m includes 0). SiH 3 F, SiH 2 F 2 , SiHF 3 , SiF 4 , Si 2 F 6 , Si 2 HF 5 , Si 3 F 8 ; Si n R 2n + 2-m An organosilane represented by H m , for example, Si (CH 3 ) H 3 , Si (CH 3 ) 2 H 2 , Si (CH 3 ) 3 H, or the like, or a compound or a mixture thereof can be contained.

他の実施例によれば、ゲルマニウム薄膜を形成する場合、前記第１反応ガスは、ＧｅnＨ2n+2で表示されるゲルマニウムガス、例えば、ＧｅＨ4、Ｇｅ2Ｈ6；ＧｅnＨ2n+2-mＦmで表示されるフッ化ゲルマニウムガス、例えば、ＧｅＦ4など、またはこれらの化合物や混合物を含むことができる。 According to another embodiment, when forming a germanium thin film, the first reaction gas, a germanium gas represented by Ge n H 2n + 2, for example, GeH 4, Ge 2 H 6 ; Ge n H 2n + 2-m germanium fluoride gas represented by F m, for example, and so forth GeF 4, or their compounds or mixtures.

さらに他の実施例によれば、炭素薄膜や炭素ナノチューブまたはナノワイヤを蒸着する場合、前記第１反応ガスは、炭化水素ガス、例えば、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ2などや、それ以外の炭化水素化合物を含むことができる。 According to another embodiment, when the carbon thin film, the carbon nanotube, or the nanowire is deposited, the first reaction gas is a hydrocarbon gas such as CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 2 H. 4 , C 2 H 2, etc., and other hydrocarbon compounds can be included.

さらに他の実施例によれば、前記第１反応ガスとして、前述の前記ガスは、単独で使われもするが、フッ素、塩素のような反応性があるガス；ドーパントであるＩＩＩ族元素を含有したガス、例えば、Ｂ2Ｈ6、Ｂ（ＣＨ3）3など；ドーパントであるＶ族元素を含有したガス、例えば、ＰＨ3など；ヘリウム、アルゴン、ネオンのような不活性ガス；水素及び窒素のような別途のガスがさらに導入されて共に使われうる。前記さらに導入になるガスは、前記シャワーヘッド１２０を介して、前記第１反応ガスと混合して提供されたり、別途のガス供給装置（図示せず）を介して第１反応ガスと分離されてチャンバ１１０に供給されうる。 According to still another embodiment, the gas may be used alone as the first reaction gas, but may include a reactive gas such as fluorine or chlorine; a group III element as a dopant. Gases containing, for example, B 2 H 6 , B (CH 3 ) 3 ; gases containing Group V elements as dopants, eg, PH 3 ; inert gases such as helium, argon, neon; hydrogen and nitrogen A separate gas such as can be introduced and used together. The further introduced gas is provided by being mixed with the first reaction gas via the shower head 120 or separated from the first reaction gas via a separate gas supply device (not shown). It can be supplied to the chamber 110.

一実施例によれば、前記第１反応ガスは、ガス形態、または液体ソースを気化させた蒸気の形態でチャンバ１１０内部に提供されうる。前記第１反応ガスが液体ソースを気化させた蒸気の形態で提供される場合、前記蒸気をチャンバ１１０の内部に運搬する運搬ガス（carrier gas）が付加的に使われうる。前記運搬ガスの例としては、水素、窒素、ヘリウム、アルゴンなど、非反応性ガスが使われうる。   According to an exemplary embodiment, the first reaction gas may be provided in the chamber 110 in a gas form or in a vapor form obtained by vaporizing a liquid source. If the first reaction gas is provided in the form of vapor obtained by vaporizing a liquid source, a carrier gas that conveys the vapor into the chamber 110 may be additionally used. Examples of the carrier gas may include non-reactive gases such as hydrogen, nitrogen, helium, and argon.

エネルギー源１３１がシャワーヘッド１２０の下部に配される。第１実施例でエネルギー源１３１は、熱線構造体１３１でありうる。熱線構造体１３１は、タングステン（Ｗ）のような金属を含むことができ、格子型、フィラメント型のような形状を有することができる。熱線構造体１３１は、電流が印加される場合、電気抵抗によって熱を発生させる。熱線構造体１３１で発生する熱は、シャワーヘッド１２０から提供される前記第１反応ガスを化学的に解離させる。熱線構造体１３１は、前記第１反応ガス内の構成元素間の結合を解離させることができるほどに十分な熱を発生させるように調節できる。   An energy source 131 is disposed below the shower head 120. In the first embodiment, the energy source 131 may be a heat ray structure 131. The heat ray structure 131 may include a metal such as tungsten (W), and may have a shape such as a lattice type or a filament type. The heat ray structure 131 generates heat by electric resistance when an electric current is applied. The heat generated in the hot wire structure 131 chemically dissociates the first reaction gas provided from the shower head 120. The heat ray structure 131 can be adjusted to generate sufficient heat to dissociate the bonds between the constituent elements in the first reaction gas.

一実施例によれば、前記第１反応ガスが前記基板Ｓ上に実質的に形成される薄膜の元素を含む場合、熱線構造体１３１は、前記第１反応ガスを解離させ、前記結晶性ナノ粒子を形成できる。   According to an exemplary embodiment, when the first reaction gas includes a thin film element substantially formed on the substrate S, the heat ray structure 131 dissociates the first reaction gas, and the crystalline nanostructures are dissociated. Particles can be formed.

基板Ｓは、基板支持台１４０上に配されうる。基板Ｓの材質は、導電性物質、非導電性物質及び高分子物質のうちいずれか一つでありうる。例えば、基板Ｓは、金属基板、高分子基板または金属酸化物基板でありうる。   The substrate S can be disposed on the substrate support 140. The material of the substrate S may be any one of a conductive material, a non-conductive material, and a polymer material. For example, the substrate S can be a metal substrate, a polymer substrate, or a metal oxide substrate.

基板支持台１４０は、チャンバ１１０の下部で、シャワーヘッド１２０と対向するように位置できる。図示されているように、基板支持台１４０は、基板Ｓを支持する載置部１４１、及び基板Ｓを回転または上下動させうる支持部１４２を含むことができる。基板支持台１４０は、載置部１４１に載置された基板Ｓを加熱できる加熱手段（図示せず）、基板または載置部１４１の温度を測定できる熱電対、及び前記加熱手段を冷却するための冷却手段を含むことができる。   The substrate support 140 may be positioned at the lower part of the chamber 110 so as to face the shower head 120. As illustrated, the substrate support 140 may include a placement unit 141 that supports the substrate S and a support unit 142 that can rotate or move the substrate S up and down. The substrate support 140 is a heating unit (not shown) that can heat the substrate S placed on the placement unit 141, a thermocouple that can measure the temperature of the substrate or the placement unit 141, and a cooling unit that cools the heating unit. Cooling means can be included.

基板遮断部１４が基板支持台１４０上に配されうる。基板遮断部１４は、回転または併進（translational）の移動によって、基板Ｓ上に配されたり、基板Ｓから退去可能なように構成されうる。また、基板遮断部１４は、基板Ｓ及びシャワーヘッド１２０、または基板Ｓ及び熱線構造体１３１間を遮断し、基板Ｓがシャワーヘッド１２０または熱線構造体１３１に露出されないように、開閉可能に構成されうる。従って、基板遮断部１４は、シャワーヘッド１２０から提供される前記第１反応ガスの前記基板Ｓ上への流入を選択的に調節できる。また、基板遮断部１４は、熱線構造体１３１から放出される熱が基板に作用することを選択的に遮断できる。かような基板遮断部１４を利用することによって、基板Ｓ上に蒸着される薄膜の厚さを制御でき、工程初期に正常状態に至っていない前記第１反応ガスの基板Ｓ上への蒸着を遮断できる。基板遮断部１４は、上下動可能であるように構成され、基板遮断部１４の高さを調節できる。上下動可能な基板支持台１４０の構造によって、基板Ｓとシャワーヘッド１２０との間隔Ｄが調節され、基板Ｓと熱線構造体１３１との間隔ｄ１も調節可能である。シャワーヘッド１２０と熱線構造体１３１との間隔ｄ２を調節するために、シャワーヘッド１２０または熱線構造体１３１が上下動が可能である。間隔ｄ１，ｄ２，Ｄは、チャンバ１１０内の圧力などによって変更され、基板Ｓに伝達される熱量、蒸着される薄膜の蒸着速度によって調節されうる。   The substrate blocking unit 14 may be disposed on the substrate support base 140. The substrate blocking unit 14 may be configured to be disposed on the substrate S or to be removed from the substrate S by rotation or translational movement. The substrate blocking unit 14 is configured to be able to be opened and closed so as to block the substrate S and the shower head 120 or between the substrate S and the heat ray structure 131 so that the substrate S is not exposed to the shower head 120 or the heat ray structure 131. sell. Accordingly, the substrate blocking unit 14 can selectively adjust the inflow of the first reaction gas provided from the shower head 120 onto the substrate S. In addition, the substrate blocking unit 14 can selectively block the heat released from the heat ray structure 131 from acting on the substrate. By using the substrate blocking unit 14, the thickness of the thin film deposited on the substrate S can be controlled, and the deposition of the first reactive gas on the substrate S that has not reached the normal state at the initial stage of the process is blocked. it can. The substrate blocking unit 14 is configured to be movable up and down, and the height of the substrate blocking unit 14 can be adjusted. The distance D between the substrate S and the shower head 120 is adjusted by the structure of the substrate support 140 that can move up and down, and the distance d1 between the substrate S and the heat ray structure 131 can also be adjusted. In order to adjust the distance d2 between the shower head 120 and the heat ray structure 131, the shower head 120 or the heat ray structure 131 can be moved up and down. The intervals d1, d2, and D are changed depending on the pressure in the chamber 110, and can be adjusted by the amount of heat transmitted to the substrate S and the deposition rate of the thin film to be deposited.

バイアス印加部１９０がチャンバ１１０の下部に配される。バイアス印加部１９０は、載置部１４１に載置された基板Ｓにバイアスを印加して基板Ｓに電場を形成できる。一実施例によれば、基板Ｓに形成された前記電場は、前記第１反応ガスが解離されて形成された結晶性ナノ粒子がチャンバ１１０内で荷電される場合、前記荷電結晶性ナノ粒子を基板Ｓ方向に誘導できる。この場合、前記荷電結晶性ナノ粒子は、相対的に大きい流速（flux）で基板Ｓに達しうる。その結果、前記荷電結晶性ナノ粒子から形成される薄膜は、基板Ｓとの密着力が増加し、前記薄膜の蒸着速度が増大しうる。そして、蒸着された前記薄膜の結晶化度が上昇しうる
第２ガス供給装置１５０がチャンバ１１０内に配される。第２ガス供給装置は、外部から第２反応ガスを流入して基板Ｓ上に供給する。一実施例によれば、第２ガス供給装置１５０は、間隔ｄ１に第２反応ガスを噴出できるように配されうる。一実施例によれば、前記第２反応ガスは、ガス形態、または液体ソースを気化させた蒸気の形態でチャンバ１１０内部に提供されうる。一実施例によれば、前記第２反応ガスは、基板Ｓ上に結晶性薄膜が形成される間、気相から非結晶性物質が前記基板Ｓ上に形成されることを抑制するように基板Ｓ上で作用できる。前記第２反応ガスは、一例として、塩化水素のような１７族元素を含む化合物ガスを含むことができる。第２反応ガスは、Ｃｌ系、Ｆ系のような反応性の強い元素を含むことができる。 A bias applying unit 190 is disposed in the lower portion of the chamber 110. The bias application unit 190 can form an electric field on the substrate S by applying a bias to the substrate S placed on the placement unit 141. According to an exemplary embodiment, the electric field formed on the substrate S may include the charged crystalline nanoparticles when the crystalline nanoparticles formed by dissociating the first reaction gas are charged in the chamber 110. It can be guided in the direction of the substrate S. In this case, the charged crystalline nanoparticles can reach the substrate S with a relatively large flow rate. As a result, the thin film formed from the charged crystalline nanoparticles can increase the adhesion with the substrate S and increase the deposition rate of the thin film. A second gas supply device 150 that can increase the crystallinity of the deposited thin film is disposed in the chamber 110. The second gas supply device supplies the second reaction gas from the outside onto the substrate S. According to one embodiment, the second gas supply device 150 may be arranged to eject the second reaction gas at the interval d1. According to one embodiment, the second reaction gas may be provided inside the chamber 110 in a gas form or in the form of vapor obtained by vaporizing a liquid source. According to an exemplary embodiment, the second reaction gas may suppress the formation of an amorphous material from the gas phase on the substrate S while the crystalline thin film is formed on the substrate S. Can act on S. For example, the second reaction gas may include a compound gas including a group 17 element such as hydrogen chloride. The second reaction gas can contain a highly reactive element such as Cl-based or F-based.

一実施例によれば、前記第２反応ガスとして、前述の前記化合物ガスは、単独で使われうるが、ドーパントであるＩＩＩ族元素を含有したガス、例えば、Ｂ2Ｈ6、Ｂ（ＣＨ3）3など；Ｖ族元素を含有したガス、例えば、ＰＨ3など；ヘリウム、アルゴン、ネオンのような不活性ガス；水素及び窒素のようなガスがさらに導入されて共に使われうる。前記さらに導入されるガスは、第２ガス供給装置１５０を介して、前記第２反応ガスと混合して提供されたり、別途のガス供給装置（図示せず）を介して、第２反応ガスと分離されてチャンバ１１０に供給されうる。 According to an embodiment, the compound gas may be used alone as the second reaction gas, but a gas containing a group III element as a dopant, for example, B 2 H 6 , B (CH 3 3 ); a gas containing a group V element, such as PH 3 ; an inert gas such as helium, argon, neon; a gas such as hydrogen and nitrogen may be further introduced and used together. The further introduced gas is provided by being mixed with the second reaction gas via the second gas supply device 150, or the second reaction gas via a separate gas supply device (not shown). It can be separated and supplied to the chamber 110.

一実施例によれば、前記第２反応ガスが液体ソースを気化させた蒸気の形態で提供される場合、前記蒸気をチャンバ１１０の内部に運搬する運搬ガス（carrier gas）が付加的に使われうる。前記運搬ガスの例としては、水素、窒素、ヘリウム、アルゴンなど、非反応性ガスが使われうる。   According to one embodiment, when the second reaction gas is provided in the form of vapor that vaporizes a liquid source, a carrier gas that carries the vapor into the chamber 110 is additionally used. sell. Examples of the carrier gas may include non-reactive gases such as hydrogen, nitrogen, helium, and argon.

前述の薄膜蒸着装置１００で、第１反応ガスは、シャワーヘッド１２０を介してチャンバ１１０内に供給され、第２反応ガスは、第２ガス供給装置１５０によって、チャンバ１１０内に供給される構成を例示したが、それらに限定されるものではなく、第１反応ガスまたは第２反応ガスは、シャワーヘッド１２０または第２ガス供給装置１５０を介して、チャンバ１１０内に供給されうる。   In the thin film deposition apparatus 100 described above, the first reactive gas is supplied into the chamber 110 through the shower head 120, and the second reactive gas is supplied into the chamber 110 by the second gas supply device 150. Although illustrated, it is not limited thereto, the first reaction gas or the second reaction gas may be supplied into the chamber 110 via the shower head 120 or the second gas supply device 150.

前述の本発明の第１実施例の薄膜蒸着装置１００によれば、シャワーヘッド１２０から提供された第１反応ガスは、チャンバ１１０内で熱線構造体１３１によって解離され、結晶性ナノ粒子を形成できる。前記結晶性ナノ粒子は、チャンバ１１０内で前記結晶性ナノ粒子１１０の類型によって、負電荷または正電荷に荷電された後、バイアス印加部１９０によって形成された電場に沿って基板Ｓ上に誘導され、基板Ｓ上で結晶性薄膜として形成されうる。第２ガス供給装置１５０から提供された第２反応ガスは、前記結晶性薄膜が形成される間、基板Ｓ上で非結晶性物質が形成されることを防止できる。このように、形成しようとする薄膜の元素を含む前記第１反応ガスをあらかじめ気相で解離して結晶性ナノ粒子を形成することによって、前記結晶性ナノ粒子から結晶性薄膜を形成する工程が低温の基板上でなされうる。従って、ガラスまたは高分子基板など多様な形態の基板が使われうる。前記第２反応ガスは、前記第１反応ガスから非晶質物質が基板に形成されることを防止することによって、形成される前記結晶性薄膜の結晶度を上昇させることができる。   According to the thin film deposition apparatus 100 of the first embodiment of the present invention, the first reaction gas provided from the shower head 120 can be dissociated by the heat ray structure 131 in the chamber 110 to form crystalline nanoparticles. . The crystalline nanoparticles are charged on the substrate S along the electric field formed by the bias applying unit 190 after being charged with a negative charge or a positive charge according to the type of the crystalline nanoparticles 110 in the chamber 110. Can be formed on the substrate S as a crystalline thin film. The second reaction gas provided from the second gas supply device 150 can prevent an amorphous material from being formed on the substrate S while the crystalline thin film is formed. Thus, the step of forming the crystalline thin film from the crystalline nanoparticles by dissociating the first reactive gas containing the element of the thin film to be formed in advance in a gas phase to form crystalline nanoparticles. It can be done on a low temperature substrate. Accordingly, various types of substrates such as glass or polymer substrates can be used. The second reaction gas can increase the crystallinity of the formed crystalline thin film by preventing an amorphous material from being formed on the substrate from the first reaction gas.

図２は、本発明の第２実施例による薄膜蒸着装置を概略的に図示した図面である。図２を参照すれば、本発明の第２実施例による薄膜蒸着装置２００は、基板２４０が装入されるチャンバ２１５、ガス供給装置２２０及びエネルギー源２３０を含む。薄膜蒸着装置２００は、基板２４０に電場を形成するバイアス印加部２９０をさらに含むことができる。   FIG. 2 is a schematic view illustrating a thin film deposition apparatus according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the thin film deposition apparatus 200 according to the second embodiment of the present invention includes a chamber 215 in which a substrate 240 is loaded, a gas supply apparatus 220 and an energy source 230. The thin film deposition apparatus 200 may further include a bias applying unit 290 that forms an electric field on the substrate 240.

図示されたように、薄膜蒸着装置２００は、水平の形態であり、チャンバ２１５にガスが水平に供給されて排気される。チャンバ２１５は、石英材質のチューブ形状でありうる。   As shown in the figure, the thin film deposition apparatus 200 has a horizontal configuration, and gas is supplied to the chamber 215 and exhausted. The chamber 215 may have a tube shape made of quartz.

ガス供給装置２２０は、チャンバ２１５内に、第１反応ガスまたは第２反応ガスを供給できる。一実施例によれば、ガス供給装置２２０は、第１反応ガス及び第２反応ガスを別途の配管を介して、チャンバ２１５内に供給できる。他の実施例によれば、ガス供給装置２２０は、第１反応ガス及び第２反応ガスを混合した後に、同じ配管を介してチャンバ２１５内に供給できる。一実施例によれば、前記第１反応ガスは、基板２４０上に実質的に形成される薄膜の元素を含むことができる。一実施例によれば、前記第２反応ガスは、基板２４０上に結晶性薄膜が形成される間、非結晶性物質が基板２４０上に形成されることを抑制するように基板上に作用しうる。一実施例によれば、前記第１反応ガスまたは前記第２反応ガスは、ガス形態、または液体ソースを気化させた蒸気の形態でチャンバ２１５内部に提供されうる。   The gas supply device 220 can supply the first reaction gas or the second reaction gas into the chamber 215. According to one embodiment, the gas supply device 220 can supply the first reaction gas and the second reaction gas into the chamber 215 via separate piping. According to another embodiment, the gas supply device 220 may supply the chamber 215 through the same pipe after mixing the first reaction gas and the second reaction gas. According to an exemplary embodiment, the first reaction gas may include a thin film element substantially formed on the substrate 240. According to one embodiment, the second reactive gas acts on the substrate to suppress the formation of an amorphous material on the substrate 240 while the crystalline thin film is formed on the substrate 240. sell. According to one embodiment, the first reaction gas or the second reaction gas may be provided in the chamber 215 in the form of a gas or vapor obtained by vaporizing a liquid source.

エネルギー源２３０が基板２４０の周囲に配される。第２実施例でエネルギー源２３０は、発熱体２３０でありうる。発熱体２３０の材質は、グラファイト、シリコンなどを含むことができ、パイプ、板、コイルのような形態を有することができる。   An energy source 230 is disposed around the substrate 240. In the second embodiment, the energy source 230 may be a heating element 230. The material of the heating element 230 may include graphite, silicon, and the like, and may have a shape such as a pipe, a plate, or a coil.

一実施例によれば、発熱体２３０は熱を放出し、基板２４０上に実質的に形成される薄膜の元素を含む前記第１反応ガスを解離させ、結晶性ナノ粒子を形成させることができる。   According to an exemplary embodiment, the heating element 230 may release heat and dissociate the first reaction gas including a thin film element substantially formed on the substrate 240 to form crystalline nanoparticles. .

バイアス印加部２９０がチャンバ２１５内に配される。一実施例によれば、バイアス印加部２９０は、基板２４０の上部に配された第１プレート２７０、第１プレート２７０に対向して基板２４０の下部に配された第２プレート２７５、第１プレート２７０にライン２７１で連結された接地装置２８０、及び第２プレート２７５にライン２７６で連結された電源２８５を含む。異なったものとしては、接地装置２８０が第２プレート２７５にライン２７６で連結され、電源２８５が第１プレート２７０にライン２７１で連結されてもよい。基板２４０は、第２プレート２７５の第１プレート２７０の対向面上に配され、第２プレート２７５には、基板２４０を載置するためのリセスが形成されうる。   A bias applying unit 290 is disposed in the chamber 215. According to one embodiment, the bias applying unit 290 includes a first plate 270 disposed on the substrate 240, a second plate 275 disposed on the bottom of the substrate 240 so as to face the first plate 270, and the first plate. 270 includes a grounding device 280 connected to the second plate 275 via a line 271 and a power source 285 connected to the second plate 275 via a line 276. Alternatively, the grounding device 280 may be connected to the second plate 275 by a line 276 and the power source 285 may be connected to the first plate 270 by a line 271. The substrate 240 is disposed on a surface of the second plate 275 facing the first plate 270, and a recess for placing the substrate 240 may be formed on the second plate 275.

第１プレート２７０は、接地装置２８０によって接地連結され、第２プレート２７５は、電源２８５からの交流または直流の電圧を基板２４０の下部に印加できる。これにより、第１プレート２７０及び基板２４０間に電場が形成されうる。第１プレート２７０及び第２プレート２７５の材質は、一例として、金属の導電性材質でありうる。第１プレート２７０及び第２プレート２７５のサイズは、基板２４０の面積より大きく、サイズを蒸着の目的によって変更させることができる。電源２８５から基板２４０の下部に印加される電圧は、一例として、＋１，０００Ｖないし−１，０００Ｖの範囲で、直流、周波数０．０１Ｈｚないし１０ｋＨｚの交流または直流のパルス形態で印加できる。   The first plate 270 is grounded by the grounding device 280, and the second plate 275 can apply an AC or DC voltage from the power source 285 to the lower portion of the substrate 240. Accordingly, an electric field can be formed between the first plate 270 and the substrate 240. For example, the first plate 270 and the second plate 275 may be made of a metal conductive material. The size of the first plate 270 and the second plate 275 is larger than the area of the substrate 240, and the size can be changed according to the purpose of vapor deposition. As an example, the voltage applied from the power source 285 to the lower portion of the substrate 240 can be applied in the range of +1,000 V to -1,000 V in the form of direct current, alternating current with a frequency of 0.01 Hz to 10 kHz, or direct current pulse.

バイアス印加部２９０は、チャンバ２１５内で前記結晶性薄膜の元素を含むガスが解離されて形成される荷電結晶性ナノ粒子を、基板２４０側に誘導できる。この場合、前記荷電結晶性ナノ粒子は、相対的に大きい流速をもって基板に達しうる。その結果、前記荷電結晶性ナノ粒子から形成される薄膜は、基板２４０との密着力が増大し、前記薄膜の蒸着速度が増大しうる。そして、蒸着された薄膜の結晶化度が上昇しうる。一例として、印加される電場が交流またはパルス直流である場合、前記荷電結晶性ナノ粒子の基板２４０への到達による衝撃によって発生する基板２４０損傷を減少させることができる。前述のバイアス印加部２９０の構成は、第１実施例のバイアス印加部１９０に適用されうる。   The bias application unit 290 can induce charged crystalline nanoparticles formed by dissociating the gas containing the element of the crystalline thin film in the chamber 215 to the substrate 240 side. In this case, the charged crystalline nanoparticles can reach the substrate with a relatively high flow rate. As a result, the thin film formed from the charged crystalline nanoparticles has an increased adhesion to the substrate 240, and the deposition rate of the thin film can be increased. And the crystallinity of the deposited thin film can be increased. As an example, when the applied electric field is alternating current or pulse direct current, damage to the substrate 240 caused by impact of the charged crystalline nanoparticles reaching the substrate 240 can be reduced. The configuration of the bias applying unit 290 described above can be applied to the bias applying unit 190 of the first embodiment.

図３は、本発明の第３実施例による薄膜蒸着装置を概略的に図示した図面である。図３を参照すれば、本発明の第３実施例による薄膜蒸着装置３００は、基板３４０が装入されるチャンバ３１５、ガス供給装置３２０及びエネルギー源３３０を含む。薄膜蒸着装置３００は、基板３４０に電場を形成するバイアス印加部３９０をさらに含むことができる。   FIG. 3 is a schematic view of a thin film deposition apparatus according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the thin film deposition apparatus 300 according to the third embodiment of the present invention includes a chamber 315 in which a substrate 340 is loaded, a gas supply device 320 and an energy source 330. The thin film deposition apparatus 300 may further include a bias applying unit 390 that forms an electric field on the substrate 340.

図３に図示されたように、薄膜蒸着装置３００は、垂直の形態であって、チャンバ３１５にガスが垂直に供給されて排気されるという点を除いては、薄膜蒸着装置３００の構成要素は、第２実施例による薄膜蒸着装置２００の構成要素と類似している。従って、前述の第２実施例と類似または同じ構成要素は、重複を避けるために説明を省略する。   As shown in FIG. 3, the thin film deposition apparatus 300 has a vertical configuration, and the components of the thin film deposition apparatus 300 are the same except that gas is supplied to the chamber 315 and exhausted vertically. These are similar to the components of the thin film deposition apparatus 200 according to the second embodiment. Therefore, the description of the same or similar components as those in the second embodiment is omitted to avoid duplication.

一実施例によれば、荷電結晶性ナノ粒子は、ガスの流動によって下方に移動していて、第１プレート３７０と接触しうる。従って、第１プレート３７０は、前記荷電結晶性ナノ粒子が通過可能なように、網状に製作されうる。前記網状のサイズ、形態及び設置位置は、蒸着させようとする目的によって変更が可能である。前述のバイアス印加部３９０の構成は、第１実施例のバイアス印加部１９０に適用されうる。   According to one embodiment, the charged crystalline nanoparticles may be moving downward by gas flow and contact the first plate 370. Accordingly, the first plate 370 may be manufactured in a net shape so that the charged crystalline nanoparticles can pass therethrough. The mesh size, form, and installation position can be changed according to the purpose of vapor deposition. The configuration of the bias applying unit 390 described above can be applied to the bias applying unit 190 of the first embodiment.

本発明の一実施例による薄膜蒸着装置の例として、図１ないし図３と関連して、薄膜蒸着装置１００、２００、３００を開示したが、本発明の一実施例による薄膜蒸着装置は、それらに限定されるものではなく、当業者に自明であるならば、多様な変形例が可能であり、一例として、プラズマ気相蒸着法または物理的気相蒸着法が適用されうる。   As an example of a thin film deposition apparatus according to an embodiment of the present invention, the thin film deposition apparatuses 100, 200, and 300 have been disclosed in connection with FIGS. The present invention is not limited to the above, and various modifications may be made as will be apparent to those skilled in the art. For example, a plasma vapor deposition method or a physical vapor deposition method can be applied.

以下、本発明の一実施例による薄膜蒸着方法について説明する。本発明の一実施例による薄膜蒸着方法は、「荷電ナノ粒子による薄膜蒸着機構理論（以下、荷電ナノ粒子理論）」に基づく。前記荷電ナノ粒子理論によれば、化学蒸着工程中に、気相で反応ガスが解離されて電気的に荷電ナノ粒子らまず生成され、このナノ粒子が基板に蒸着されて薄膜が成長する。このような荷電ナノ粒子理論は、Nong M．Hwang他，J．Crystal Growth206(1999)177-186；Nong M．Hwang，J．Crystal Growth204(1999)85-90；Nong M．Hwang．J．Crystal Growth 205(1999)59-63；Nong M．Hwang，J．Crystal Growth 198/199(1999)945-950；Nong-Moon Hwang他，Int．Mat．Rev．49(2004)49171-190；Nong-M．Hwangl他，J．Ceramic Processing Res．1(2000)34-44；Nong M．Hwang他，J．Crystal Growth 218(2000)33-39；Nong M．Hwang他，J．Crystal Growth 218(2000)40-44；Jn．-D．Jeon他，J．Crystal Growth 213(2000)79-82；Woo S．Cheong他，J．Crystal Growth 204(1999)52-61；S．-C．Lee，J．Crystal Growth 242(2002)463-470；Jin-YongKim他，Pure Appl．Chem．，vol． 78(2006)1715-1722；Jean-Ho Song他，Thin Solid Films 515(2007)7446-7450などに開示されている。   Hereinafter, a thin film deposition method according to an embodiment of the present invention will be described. A thin film deposition method according to an embodiment of the present invention is based on a “thin film deposition mechanism theory with charged nanoparticles (hereinafter, charged nanoparticle theory)”. According to the charged nanoparticle theory, during the chemical vapor deposition process, the reaction gas is dissociated in the gas phase to produce electrically charged nanoparticles first, and the nanoparticles are deposited on the substrate to grow a thin film. Such charged nanoparticle theory is described in Nong M. et al. Hwang et al. Crystal Growth206 (1999) 177-186; Nong M. Hwang, J .; Crystal Growth204 (1999) 85-90; Hwang. J. Crystal Growth 205 (1999) 59-63; Nong M. Hwang, J .; Crystal Growth 198/199 (1999) 945-950; Nong-Moon Hwang et al., Int. Mat. Rev. 49 (2004) 49171-190; Nong-M. Hwangl et al. Ceramic Processing Res. 1 (2000) 34-44; Hwang et al. Crystal Growth 218 (2000) 33-39; Nong M. Hwang et al. Crystal Growth 218 (2000) 40-44; Jn. -D. Jeon et al. Crystal Growth 213 (2000) 79-82; Woo S. Cheong et al. Crystal Growth 204 (1999) 52-61; -C. Lee, J. Crystal Growth 242 (2002) 463-470; Jin-YongKim et al., Pure Appl. Chem. , Vol. 78 (2006) 1715-1722; Jean-Ho Song et al., Thin Solid Films 515 (2007) 7446-7450.

図４は、本発明の一実施例による薄膜蒸着機構について説明する概念図である。図４では、一実施例として、結晶性シリコン膜の蒸着機構を図示しているが、、他のさまざまな類型の結晶性膜の形成にも、実質的に同一に適用されうる。   FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a thin film deposition mechanism according to an embodiment of the present invention. In FIG. 4, the deposition mechanism of the crystalline silicon film is shown as an example, but the present invention can be applied substantially in the same manner to the formation of various other types of crystalline films.

図４を参照すれば、まずチャンバ内に、第１反応ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）が提供される。シランは、一例として、高温の熱線構造体１３１が提供した熱によって、気相でシリコン（Ｓｉ）と水素（Ｈ）とに解離され、解離された前記気相のシリコンが、前記チャンバ内で過飽和になれば、シリコンは析出されうる。析出されるシリコンは、核生成及び成長し、気相でシリコンナノ粒子を形成できる。気相で形成されるシリコンナノ粒子は、前記チャンバの壁や他の粒子の表面と接触し、内部電荷を交換することによって荷電されうる。一方、前記シリコンナノ粒子は、高温の気相で結晶性ナノ粒子に容易に成長されうる。前記結晶性シリコンナノ粒子は、結晶性を有して基板に蒸着される。蒸着される前記結晶性シリコンナノ粒子は、結晶性薄膜を形成できるシード（seed）の役割を行える。また、前記結晶性シリコンナノ粒子は、荷電されているので、前記結晶性シリコンナノ粒子間、または前記結晶性シリコンナノ粒子と成長する表面間に、電気的相互作用を発生させ、その結果、前記結晶性シリコンナノ粒子は、規則的な配享を有し、前記基板の表面に蒸着されうる。その後、前記結晶性シリコンナノ粒子が基板に連続的に蒸着され、前記基板上に結晶性シリコン薄膜が形成されうる。 Referring to FIG. 4, silane (SiH 4 ) is first provided as a first reaction gas in the chamber. As an example, silane is dissociated into silicon (Si) and hydrogen (H) in the gas phase by the heat provided by the high-temperature hot wire structure 131, and the dissociated silicon in the gas phase is supersaturated in the chamber. If so, silicon can be deposited. The deposited silicon can be nucleated and grown to form silicon nanoparticles in the gas phase. Silicon nanoparticles formed in the gas phase can be charged by contacting the walls of the chamber and the surface of other particles and exchanging internal charges. Meanwhile, the silicon nanoparticles can be easily grown into crystalline nanoparticles in a high temperature gas phase. The crystalline silicon nanoparticles have crystallinity and are deposited on a substrate. The crystalline silicon nanoparticles deposited can serve as a seed that can form a crystalline thin film. Also, since the crystalline silicon nanoparticles are charged, an electrical interaction is generated between the crystalline silicon nanoparticles or between the crystalline silicon nanoparticles and the growing surface. Crystalline silicon nanoparticles have a regular enjoyment and can be deposited on the surface of the substrate. Thereafter, the crystalline silicon nanoparticles may be continuously deposited on the substrate to form a crystalline silicon thin film on the substrate.

一方、少なくとも、前記結晶性シリコンナノ粒子が前記基板に蒸着される間、第２反応ガス、一例として、塩化水素（ＨＣｌ）が基板に供給されうる。塩化水素ガスは、前記基板上に形成される非結晶性物質、一例として、非結晶シリコンと反応し、Ｓｉ＋Ｃｌl、Ｓｉ＋Ｈm（ここで、ｌ，ｍは、任意の整数）などを形成することによって、基板から非結晶シリコンを脱離、またはエッチングさせることができる。前記非結晶シリコンは、前記チャンバ内で前記結晶性ナノ粒子を形成できないシリコン原子を含むガスの反応基が基板と反応することによって、形成されうる。前記非結晶シリコンは、シリコン原子間で結合された前記結晶性ナノ粒子と比較し、比較的単原子、または単原子に近い群集体状態を維持するので、結晶性ナノ粒子より反応性がさらに大きくありえる。従って、前記塩化水素は、前記非結晶シリコンと優先的に反応することによって、前記基板から前記非結晶シリコンを除去できる。 Meanwhile, at least during the deposition of the crystalline silicon nanoparticles on the substrate, a second reaction gas, for example, hydrogen chloride (HCl) may be supplied to the substrate. Hydrogen chloride gas reacts with an amorphous material formed on the substrate, for example, amorphous silicon, and forms Si + Cl l , Si + H m (where l and m are arbitrary integers) and the like. Thus, amorphous silicon can be detached or etched from the substrate. The amorphous silicon may be formed by reacting a reactive group of a gas containing silicon atoms that cannot form the crystalline nanoparticles in the chamber with a substrate. Compared to the crystalline nanoparticles bonded between silicon atoms, the amorphous silicon maintains a relatively single atom or a clustered state close to a single atom, and thus is more reactive than crystalline nanoparticles. It can be. Accordingly, the hydrogen chloride can remove the amorphous silicon from the substrate by preferentially reacting with the amorphous silicon.

結果的に、前記荷電ナノ粒子理論による蒸着機構を適用することによって、前記結晶性シリコン薄膜を前記基板上に形成できる。前記結晶性シリコンナノ粒子は、気相で形成されるので、基板は、相対的に低温でありうる。従って、ガラスまたは高分子を含む低温基板を使用できる。   As a result, the crystalline silicon thin film can be formed on the substrate by applying a deposition mechanism based on the charged nanoparticle theory. Since the crystalline silicon nanoparticles are formed in a gas phase, the substrate can be at a relatively low temperature. Therefore, a low temperature substrate containing glass or polymer can be used.

図５は、本発明の一実施例による薄膜製造方法の各段階を図示するフローチャートである。図５を参照すれば、Ｓ５１０段階で、チャンバ内に基板が提供される。前記基板の材質は、導電性物質、非導電性物質及び高分子のうち、いずれか一つでありうる。例えば、基板Ｓは、金属基板、高分子基板または金属酸化物基板でありうる。   FIG. 5 is a flowchart illustrating the steps of a thin film manufacturing method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, in step S510, a substrate is provided in the chamber. The material of the substrate may be any one of a conductive material, a non-conductive material, and a polymer. For example, the substrate S can be a metal substrate, a polymer substrate, or a metal oxide substrate.

その後、Ｓ５２０段階で、前記チャンバ内に、第１反応ガス及び第２反応ガスを供給する。一実施例によれば、前記第１反応ガスは、前記基板上に実質的に形成される薄膜の元素を含むことができる。前記第１反応ガスは、ガス形態、または液体ソースを気化させた蒸気の形態で、前記チャンバ内部に提供されうる。   Thereafter, in step S520, a first reaction gas and a second reaction gas are supplied into the chamber. According to an embodiment, the first reaction gas may include a thin film element substantially formed on the substrate. The first reaction gas may be provided in the chamber in a gas form or in a vapor form obtained by vaporizing a liquid source.

シリコン薄膜を形成する場合、一実施例によれば、前記第１反応ガスは、ＳｉnＨ2n+2（ここで、ｎは自然数）で表示されるシラン系化合物を主体とするガスを含むことができる。例えば、前記第１反応ガスは、モノシラン、ジシラン、トリシラン、テトラシランなどを含むことができ、望ましくは、モノシラン、ジシラン、トリシラン、またはこれらを含んだ混合ガスを含むことができる。他の実施例によれば、前記第１反応ガスは、ＳｉnＨ2n+2-mＦm（ここで、ｎ，ｍは自然数であり、ｍ＜２ｎ＋２であり、ｍは０も含むことができる）で表示されるフッ化シラン、例えば、ＳｉＨ3Ｆ、ＳｉＨ2Ｆ2、ＳｉＨＦ3、ＳｉＦ4、Ｓｉ2Ｆ6、Ｓｉ2ＨＦ5、Ｓｉ3Ｆ8；ＳｉnＲ2n+2-mＨmで表示される有機シラン、例えば、Ｓｉ（ＣＨ3）Ｈ3、Ｓｉ（ＣＨ3）2Ｈ2、Ｓｉ（ＣＨ3）3Ｈなど、またはこれらの化合物や混合物を含むことができる。 In the case of forming a silicon thin film, according to one embodiment, the first reaction gas includes a gas mainly composed of a silane compound represented by Si n H 2n + 2 (where n is a natural number). Can do. For example, the first reaction gas may include monosilane, disilane, trisilane, tetrasilane, and the like, and may preferably include monosilane, disilane, trisilane, or a mixed gas including these. According to another embodiment, the first reaction gas may be Si n H 2n + 2-m F m (where n and m are natural numbers, m <2n + 2, and m includes 0). SiH 3 F, SiH 2 F 2 , SiHF 3 , SiF 4 , Si 2 F 6 , Si 2 HF 5 , Si 3 F 8 ; Si n R 2n + 2-m An organosilane represented by H m , for example, Si (CH 3 ) H 3 , Si (CH 3 ) 2 H 2 , Si (CH 3 ) 3 H, or the like, or a compound or a mixture thereof can be contained.

ゲルマニウム薄膜を形成する場合、一実施例によれば、前記第１反応ガスは、ＧｅnＨ2n+2で表示されるゲルマニウムガス、例えば、ＧｅＨ4、Ｇｅ2Ｈ6；ＧｅnＨ2n+2-mＦmで表示されるフッ化ゲルマニウムガス、例えば、ＧｅＦ4などまたはこれらの化合物や混合物を含むことができる。 When forming a germanium thin film, according to one embodiment, the first reaction gas is a germanium gas represented by Ge n H 2n + 2 , for example, GeH 4 , Ge 2 H 6 ; Ge n H 2n + 2. A germanium fluoride gas represented by -m F m , such as GeF 4 , or a compound or mixture thereof can be included.

炭素薄膜や炭素ナノチューブまたはナノワイヤを蒸着する場合、一実施例によれば、前記第１反応ガスは、炭化水素ガス、例えば、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8、Ｃ2Ｈ4、Ｃ2Ｈ2などや、それ以外の炭化水素化合物を含むことができる。 When depositing carbon thin films, carbon nanotubes or nanowires, according to one embodiment, the first reaction gas is a hydrocarbon gas such as CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , C 2 H 4 , etc. and C 2 H 2, can contain other hydrocarbon compounds.

前記第１反応ガスとして、前述の前記ガスは単独で使われうるが、フッ素、塩素のような反応性のあるガス；ドーパントであるＩＩＩ族元素を含有したガス、例えば、Ｂ2Ｈ6、Ｂ（ＣＨ3）3など；Ｖ族元素を含有したガス、例えば、ＰＨ3など；ヘリウム、アルゴン、ネオンのような不活性ガス；水素及び窒素のようなガスがさらに導入されて共に使われうる。 As the first reactive gas, the aforementioned gas can be used alone, but a reactive gas such as fluorine or chlorine; a gas containing a group III element as a dopant, for example, B 2 H 6 , B (CH 3 ) 3 or the like; a gas containing a group V element, for example, PH 3 or the like; an inert gas such as helium, argon or neon; a gas such as hydrogen or nitrogen may be further introduced and used together.

第２反応ガスは、一例として、塩化水素のような１７族元素を含む化合物ガスでありうる。第２反応ガスは、Ｃｌ系、Ｆ系のような反応性の強い元素を含むことができる。一実施例によれば、前記第２反応ガスとして、前述の前記化合物ガスは、単独で使われうるが、ドーパントであるＩＩＩ族元素を含有したガス、例えば、Ｂ2Ｈ6、Ｂ（ＣＨ3）3など；Ｖ族元素を含有したガス、例えば、ＰＨ３など；ヘリウム、アルゴン、ネオンのような不活性ガス；水素及び窒素のようなガスがさらに導入されて共に使われうる。 For example, the second reaction gas may be a compound gas containing a group 17 element such as hydrogen chloride. The second reaction gas can contain a highly reactive element such as Cl-based or F-based. According to an embodiment, the compound gas may be used alone as the second reaction gas, but a gas containing a group III element as a dopant, for example, B 2 H 6 , B (CH 3 3 ); a gas containing a group V element, for example, PH3; an inert gas such as helium, argon, neon; a gas such as hydrogen and nitrogen can be further introduced and used together.

Ｓ５３０段階で、前記第１反応ガスを解離して結晶性ナノ粒子を形成する。前記チャンバ内で、エネルギー源によって、前記第１反応ガスが解離され、気相で前記結晶性ナノ粒子が形成されうる。   In step S530, the first reaction gas is dissociated to form crystalline nanoparticles. In the chamber, the first reaction gas may be dissociated by an energy source, and the crystalline nanoparticles may be formed in a gas phase.

一実施例によれば、前記エネルギー源は、熱またはプラズマを提供し、前記第１反応ガスを解離できる。一実施例によれば、前記結晶性ナノ粒子は、生成される前記結晶性ナノ粒子の類型によって、負電荷または正電荷を帯びるように荷電されうる。すなわち、前記結晶性ナノ粒子の荷電状態は、前記結晶性ナノ粒子が生成される工程条件、一例として、前記チャンバ内の圧力、温度などによって異なるように調節されうる。他の例として、前記結晶性ナノ粒子の荷電状態は、エネルギー源の一例である熱線構造体１３１（図１）の種類及び化学成分によって、異なるように調節されうる。   According to one embodiment, the energy source can provide heat or plasma to dissociate the first reactive gas. According to one embodiment, the crystalline nanoparticles can be charged to be negatively charged or positively charged, depending on the type of crystalline nanoparticles that are produced. That is, the charged state of the crystalline nanoparticles may be adjusted to vary depending on the process conditions for generating the crystalline nanoparticles, for example, the pressure and temperature in the chamber. As another example, the charge state of the crystalline nanoparticles may be adjusted differently depending on the type and chemical composition of the heat ray structure 131 (FIG. 1), which is an example of an energy source.

一実施例によれば、前記基板に電場を形成し、前記荷電結晶性ナノ粒子を前記基板へ誘導できる。   According to one embodiment, an electric field can be formed on the substrate, and the charged crystalline nanoparticles can be guided to the substrate.

Ｓ５４０段階で、前記第２反応ガスを利用し、前記基板上に非結晶性物質の形成を抑制する。すなわち、第２反応ガスを利用し、前記基板上に前記非結晶性物質が成長することを抑制したり、すでに成長した前記非結晶性物質をエッチングできる。前記非結晶性物質は、前記基板に形成される結晶性薄膜の元素と同じ元素を含むことができる。   In step S540, the second reaction gas is used to suppress the formation of an amorphous material on the substrate. That is, by using the second reaction gas, it is possible to suppress the growth of the amorphous material on the substrate, or to etch the already grown amorphous material. The amorphous material may include the same element as that of the crystalline thin film formed on the substrate.

一実施例によれば、第２反応ガス、一例として、塩化水素ガスは、前記基板上に形成されうる非結晶性シリコンと反応し、Ｓｉ＋Ｃｌl、Ｓｉ＋Ｈm（ここで、ｌ，ｍは任意の整数）などの反応で、前記基板上で非結晶性シリコンを脱離、またはエッチングさせることができる。 According to one embodiment, the second reaction gas, for example, hydrogen chloride gas, reacts with amorphous silicon that can be formed on the substrate, and Si + Cl 1 , Si + H m (where l and m are arbitrary The non-crystalline silicon can be detached or etched on the substrate by a reaction such as an integer).

また、前記塩化水素ガスは、前記非結晶性シリコンに付着された水素と反応し、前記基板上で前記水素を除去できる。すなわち、前記塩化水素ガスで解離された塩素または水素は、前記非結晶性シリコンに付着または結合された前記水素と反応し、Ｈ＋Ｃｌn、Ｈ＋Ｈo（ここで、ｎ，ｏは任意の整数）などの反応で基板上で前記水素を除去できる。 The hydrogen chloride gas reacts with hydrogen attached to the amorphous silicon, and can remove the hydrogen on the substrate. That is, chlorine or hydrogen dissociated by the hydrogen chloride gas reacts with the hydrogen attached to or bonded to the amorphous silicon, and H + Cl n , H + H o (where n and o are arbitrary integers), etc. The hydrogen can be removed on the substrate by the above reaction.

Ｓ５５０段階で、前記基板上に提供された前記結晶性ナノ粒子から結晶性薄膜を形成する。前記基板上に提供される前記結晶性ナノ粒子は、結晶性薄膜を形成できるシードの役割を行える。また、前記結晶性ナノ粒子は、荷電されているので、前記結晶性ナノ粒子間、または前記結晶性ナノ粒子と成長する前記基板の表面との間に電気的相互作用が発生し、前記結晶性ナノ粒子は、規則的な配向を有し、前記基板表面に蒸着されうる。これにより、前記基板上に結晶性薄膜が形成されうる。一例として、前記結晶性薄膜は、シリコン膜、窒化シリコン膜、ゲルマニウム膜、炭素薄膜、炭素ナノチューブまたはナノワイヤを含むことができる。   In operation S550, a crystalline thin film is formed from the crystalline nanoparticles provided on the substrate. The crystalline nanoparticles provided on the substrate can serve as a seed that can form a crystalline thin film. In addition, since the crystalline nanoparticles are charged, an electrical interaction occurs between the crystalline nanoparticles or between the crystalline nanoparticles and the surface of the substrate to be grown. The nanoparticles have a regular orientation and can be deposited on the surface of the substrate. Accordingly, a crystalline thin film can be formed on the substrate. As an example, the crystalline thin film may include a silicon film, a silicon nitride film, a germanium film, a carbon thin film, a carbon nanotube, or a nanowire.

一実施例によれば、前記Ｓ４００段階及び前記５００段階は、同時に行われたり、または前記Ｓ４００段階は、少なくとも前記Ｓ５００段階が進められる間に行われうる。   According to one embodiment, the step S400 and the step 500 may be performed at the same time, or the step S400 may be performed at least while the step S500 is performed.

一実施例によれば、前記チャンバ内に供給される前記第１反応ガスと前記第２反応ガスとの比率が調節されることによって、前記基板上に形成される前記結晶性薄膜の結晶度が調節されうる。   According to one embodiment, the crystallinity of the crystalline thin film formed on the substrate is adjusted by adjusting a ratio of the first reaction gas and the second reaction gas supplied into the chamber. Can be adjusted.

図６は、塩素（Ｃｌ）を含む雰囲気でのシリコン過飽和度をシミュレーションで摸写した結果を示したグラフである。図６は、全体圧力を１０Ｔｏｒｒに維持するとき、前記チャンバ内の気相でのシリコンと塩素との比率、及び前記チャンバ内部温度による気相で過飽和シリコンのモル分率を示している。   FIG. 6 is a graph showing the result of copying the silicon supersaturation degree in an atmosphere containing chlorine (Cl) by simulation. FIG. 6 shows the ratio of silicon to chlorine in the gas phase in the chamber and the mole fraction of supersaturated silicon in the gas phase according to the chamber internal temperature when the total pressure is maintained at 10 Torr.

図６を参照すれば、前記気相内での前記塩素の比率が上昇するほど、全体温度にわたって、前記過飽和シリコンのモル分率が低下することが分かり、同じシリコン及び塩素比率では、温度が上昇するにつれて、前記過飽和シリコンのモル分率が上昇していて、再び低下することが分かる。前記結晶性シリコンナノ粒子は、前記過飽和シリコンが気相で核生成及び成長することによって形成されうる。従って、同じシリコン及び塩素比率では、１，０００℃ないし１，５００℃の高温で、前記結晶性シリコンナノ粒子が形成され、１，０００℃未満では、形成される前記結晶性シリコンナノ粒子の量が急減することを予測できる。同様に、本発明の第１実施例による薄膜蒸着装置１００で、熱線構造体１３１近くの高温では、前記第１反応ガスから前記結晶性シリコンナノ粒子が優先的に生成され、相対的に低温の基板近くでは、前記第１反応ガスから前記結晶性シリコンナノ粒子の形成が抑制されることを予測できる。   Referring to FIG. 6, it can be seen that as the ratio of chlorine in the gas phase increases, the molar fraction of the supersaturated silicon decreases over the entire temperature, and at the same silicon and chlorine ratio, the temperature increases. As it turns out, the molar fraction of the supersaturated silicon increases and decreases again. The crystalline silicon nanoparticles can be formed by nucleating and growing the supersaturated silicon in the gas phase. Therefore, at the same silicon and chlorine ratio, the crystalline silicon nanoparticles are formed at a high temperature of 1,000 ° C. to 1,500 ° C., and below 1,000 ° C., the amount of the crystalline silicon nanoparticles formed. Can be predicted to decrease rapidly. Similarly, in the thin film deposition apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention, the crystalline silicon nanoparticles are preferentially generated from the first reaction gas at a high temperature near the heat ray structure 131, and the relatively low temperature. It can be predicted that the formation of the crystalline silicon nanoparticles is suppressed from the first reaction gas near the substrate.

前述の本発明の一実施例による薄膜形成方法によれば、第１反応ガスを解離して結晶性ナノ粒子を形成し、前記結晶性ナノ粒子から基板上に結晶性薄膜を形成できる。このとき、第２反応ガスは、前記第１反応ガスから解離された非結晶性元素の群集体が前記基板上に形成されることを抑制できる。従って、前記基板上に形成される前記結晶性薄膜の結晶度が向上する。このような方法によって、結晶性薄膜の結晶度を上昇させる方法は、従来の方法の薄膜蒸着後にさらに実施する後熱処理工程及び脱水素工程なしにも、低温で高品位の結晶性薄膜を形成できるようにする。そして、後熱処理工程及び脱水素工程の省略によって、工程時間及び製作コストを節約できる。また、製造される薄膜の結晶性、蒸着厚及び表面状態をユーザの意図通りに調節できる。   According to the method for forming a thin film according to the embodiment of the present invention, the first reactive gas is dissociated to form crystalline nanoparticles, and the crystalline thin film can be formed on the substrate from the crystalline nanoparticles. At this time, the second reaction gas can suppress formation of a cluster of amorphous elements dissociated from the first reaction gas on the substrate. Accordingly, the crystallinity of the crystalline thin film formed on the substrate is improved. The method for increasing the crystallinity of the crystalline thin film by such a method can form a high-quality crystalline thin film at a low temperature without the post heat treatment step and the dehydrogenation step that are further performed after the thin film deposition of the conventional method. Like that. And, by omitting the post heat treatment process and the dehydrogenation process, process time and manufacturing cost can be saved. Further, the crystallinity, vapor deposition thickness and surface state of the thin film to be produced can be adjusted as intended by the user.

そして、高品位の結晶性薄膜を低温で容易に製造できるので、前記結晶性薄膜を有機発光表示装置や可撓性表示装置のような表示手段や太陽電池など、さまざまな電子装置に多様に応用できる。   Since high-quality crystalline thin films can be easily manufactured at low temperatures, the crystalline thin films can be applied to various electronic devices such as organic light-emitting display devices, flexible display devices such as solar cells, and solar cells. it can.

以下、本発明の実験例について説明する。
［実験例］
図１と関連して前述の第１実施例の薄膜蒸着装置を利用し、基板上にシリコン薄膜を形成した。第１反応ガスとしては、１０％濃度のシランを１００ｓｃｃｍ使用し、熱線構造体は、フィラメント型を使用した。前記熱線構造体を１，６００℃の温度で加熱し、前記第１反応ガスを解離した。 Hereinafter, experimental examples of the present invention will be described.
[Experimental example]
A silicon thin film was formed on a substrate using the thin film deposition apparatus of the first embodiment described above in connection with FIG. As the first reaction gas, 100 sccm of 10% concentration of silane was used, and the heat ray structure was a filament type. The hot wire structure was heated at a temperature of 1,600 ° C. to dissociate the first reaction gas.

前記第１反応ガスの供給と同時に、第２反応ガスとして、塩化水素（純度９９．９９％）を、表１のようにその流量を変化させつつ供給し、薄膜をそれぞれ蒸着した。前記塩化水素ガスが使われていない（ａ）の場合、従来の技術である比較例に該当する薄膜である。   Simultaneously with the supply of the first reaction gas, hydrogen chloride (purity 99.99%) was supplied as the second reaction gas while changing its flow rate as shown in Table 1, and the thin films were deposited. In the case (a) in which the hydrogen chloride gas is not used, the thin film corresponds to a comparative example which is a conventional technique.

基板は、２．５ｃｍ×２．５ｃｍ×１ｍｍ（厚さ）のコーニングガラスを使用し、前記基板温度は、３２０℃を維持してバイアスを印加した。チャンバ内の工程圧力は、１０Ｔｏｒｒに維持し、工程時間は２０分とした。   The substrate was a coning glass of 2.5 cm × 2.5 cm × 1 mm (thickness), and the substrate temperature was maintained at 320 ° C. and a bias was applied. The process pressure in the chamber was maintained at 10 Torr, and the process time was 20 minutes.

Figure 2010521586
前記塩化水素の流量によって、それぞれ蒸着された薄膜に対して、ラマン分光器で前記薄膜等の結晶性を測定した。
［評価］
図７は、本発明の一実施例において、塩化水素ガスの流量によって異なって蒸着された薄膜を、ラマン分光器で測定した結果を示したグラフである。
Figure 2010521586
 The crystallinity of the thin film and the like was measured with a Raman spectrometer for each of the deposited thin films according to the flow rate of the hydrogen chloride.
[Evaluation]
FIG. 7 is a graph showing the results of measuring a thin film deposited differently depending on the flow rate of hydrogen chloride gas with a Raman spectrometer in an example of the present invention.

図７を参照すれば、比較例である（ａ）の場合、蒸着された薄膜内で非晶質のシリコンが優勢であることを観察でき、塩化水素ガスの流量が増大するほど、グラフのピークがシリコンウェーハ内の結晶質シリコンピーク側に移動する様子を観察できる。従って、塩化水素ガスの流量が増大するにつれて、薄膜の結晶性が上昇することを確認することができる。これは、増大した流量の塩化水素がさらに効果的に非結晶性シリコンを基板から除去し、薄膜内の非晶質シリコンの量を減らしたためであると判断できる。   Referring to FIG. 7, in the case of the comparative example (a), it can be observed that amorphous silicon is dominant in the deposited thin film, and the peak of the graph increases as the flow rate of hydrogen chloride gas increases. Can be observed moving to the crystalline silicon peak side in the silicon wafer. Therefore, it can be confirmed that the crystallinity of the thin film increases as the flow rate of the hydrogen chloride gas increases. It can be determined that this is because the increased flow rate of hydrogen chloride more effectively removed the amorphous silicon from the substrate and reduced the amount of amorphous silicon in the thin film.

以上では、図面及び実施例を参照して説明したが、当該技術分野の熟練当業者は、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で、本発明の多様な修正及び変更が可能であるということを理解することができるであろう。   Although the above description has been made with reference to the drawings and embodiments, those skilled in the art will appreciate that various modifications of the present invention can be made without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be understood that modifications and changes are possible.

Claims (22)

（ａ）チャンバ内に基板を提供する段階と、
（ｂ）前記チャンバ内に第１反応ガス及び第２反応ガスを供給する段階と、
（ｃ）前記第１反応ガスを解離して結晶性ナノ粒子を形成する段階と、
（ｄ）前記第２反応ガスを利用し、前記基板上に非結晶性物質の形成を抑制する段階と、
（ｅ）前記基板上に提供された前記結晶性ナノ粒子から結晶性薄膜を形成する段階とを含む薄膜製造方法。 (A) providing a substrate in the chamber;
(B) supplying a first reaction gas and a second reaction gas into the chamber;
(C) dissociating the first reaction gas to form crystalline nanoparticles;
(D) using the second reaction gas to suppress the formation of an amorphous material on the substrate;
(E) forming a crystalline thin film from the crystalline nanoparticles provided on the substrate. （ｃ）段階で、
前記結晶性ナノ粒子は、形成される前記結晶性ナノ粒子の類型によって、負電荷または正電荷を有するように荷電されることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。 (C) In stage
The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the crystalline nanoparticles are charged to have a negative charge or a positive charge depending on a type of the crystalline nanoparticles to be formed. 前記結晶性ナノ粒子の荷電状態は、前記結晶性ナノ粒子が形成される前記チャンバ内の圧力または温度によって異なるように調節されることを特徴とする請求項２に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 2, wherein the charged state of the crystalline nanoparticles is adjusted so as to vary depending on the pressure or temperature in the chamber in which the crystalline nanoparticles are formed. 前記第１反応ガスは、前記結晶性薄膜の元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the first reaction gas includes an element of the crystalline thin film. 前記第１反応ガスは、シラン系化合物、ゲルマニウム系化合物及び炭化水素系化合物によって構成になるグループから選択された少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項４に記載の薄膜製造方法。   5. The thin film manufacturing method according to claim 4, wherein the first reaction gas includes at least one selected from the group consisting of a silane compound, a germanium compound, and a hydrocarbon compound. （ｃ）段階は、
前記第１反応ガスを熱またはプラズマによって解離し、気相で前記結晶性ナノ粒子を形成する段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。 Step (c)
The thin film manufacturing method according to claim 1, further comprising dissociating the first reactive gas by heat or plasma to form the crystalline nanoparticles in a gas phase. （ｆ）前記基板に電場を形成し、前記荷電結晶性ナノ粒子を前記基板へ誘導する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の薄膜製造方法。   3. The method of manufacturing a thin film according to claim 2, further comprising: (f) forming an electric field on the substrate and guiding the charged crystalline nanoparticles to the substrate. （ｄ）段階は、
前記第２反応ガスを利用し、前記基板上に前記非結晶性物質が成長することを抑制したり、すでに成長した非結晶性物質をエッチングする段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。 Step (d)
The method of claim 1, further comprising suppressing the growth of the amorphous material on the substrate or etching the already grown amorphous material using the second reaction gas. Thin film manufacturing method. 前記非結晶性物質は、前記結晶性薄膜の元素と同じ元素を含む請求項８に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 8, wherein the amorphous material includes the same element as the element of the crystalline thin film. 前記第２反応ガスは、１７族元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the second reaction gas includes a group 17 element. 前記第２反応ガスは、フッ化物系または塩素系の化合物を含むことを特徴とする請求項１０に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 10, wherein the second reaction gas includes a fluoride-based or chlorine-based compound. 前記結晶性薄膜の結晶度を、供給される前記第１反応ガスと第２反応ガスとの比率によって決定することを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the crystallinity of the crystalline thin film is determined by a ratio of the supplied first reaction gas and second reaction gas. 前記形成される結晶性ナノ粒子の量は、前記第１反応ガスから解離された元素の温度による気相での過飽和度に比例することを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。   2. The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the amount of the formed crystalline nanoparticles is proportional to the degree of supersaturation in the gas phase due to the temperature of the element dissociated from the first reaction gas. 前記結晶性薄膜は、シリコン膜、窒化シリコン膜、ゲルマニウム膜、炭素薄膜、炭素ナノチューブ及びナノワイヤのうち、いずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。   The thin film manufacturing method according to claim 1, wherein the crystalline thin film includes any one of a silicon film, a silicon nitride film, a germanium film, a carbon thin film, a carbon nanotube, and a nanowire. 前記（ｄ）及び前記（ｅ）の段階は、同時に進められることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造方法。   The method of claim 1, wherein the steps (d) and (e) are performed simultaneously. 内部に基板が装入されるチャンバと、
前記チャンバ内に第１反応ガスを供給する第１ガス供給装置と、
前記第１反応ガスを解離させて結晶性ナノ粒子を形成するエネルギー源と、
前記基板上で非結晶性物質の形成を抑制する第２反応ガスを提供する第２ガス供給装置とを含む薄膜製造装置。 A chamber in which the substrate is loaded;
A first gas supply device for supplying a first reaction gas into the chamber;
An energy source for dissociating the first reactive gas to form crystalline nanoparticles;
A thin film manufacturing apparatus comprising: a second gas supply device that provides a second reaction gas that suppresses formation of an amorphous substance on the substrate. 前記エネルギー源は、前記第１ガス供給装置と前記基板との間に設けられた熱線構造体を含むことを特徴とする請求項１６に記載の薄膜製造装置。   The thin film manufacturing apparatus according to claim 16, wherein the energy source includes a heat ray structure provided between the first gas supply device and the substrate. 前記基板上部に開閉可能に設けられ、前記第１反応ガスまたは前記エネルギー源から放出される熱を基板に対して遮断する基板遮断部をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の薄膜製造装置。   17. The thin film manufacturing method according to claim 16, further comprising a substrate blocking unit provided on the substrate so as to be openable and closable and blocking heat released from the first reaction gas or the energy source from the substrate. apparatus. 前記基板と連結され、前記基板に電場を形成させるバイアス印加部をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の薄膜製造装置。   The thin film manufacturing apparatus of claim 16, further comprising a bias applying unit connected to the substrate and forming an electric field on the substrate. 前記バイアス印加部は、
前記基板の上部に設けられた第１プレートと、
前記第１プレートに対向して前記基板の下部に設けられた第２プレートと、
前記第１プレート及び第２プレートのうち、いずれか一つに電圧を印加する電源と、
前記第１プレート及び第２プレートのうち、他の一つを接地させる接地装置とを含むことを特徴とする請求項１９に記載の薄膜製造装置。 The bias applying unit includes:
A first plate provided on the substrate;
A second plate provided at a lower portion of the substrate so as to face the first plate;
A power source for applying a voltage to any one of the first plate and the second plate;
The thin film manufacturing apparatus according to claim 19, further comprising a grounding device that grounds the other one of the first plate and the second plate. 前記電圧は、交流、直流及びパルス直流のうち、いずれか一つであることを特徴とする請求項２０に記載の薄膜製造装置。   21. The thin film manufacturing apparatus according to claim 20, wherein the voltage is any one of alternating current, direct current, and pulse direct current. 前記基板は、前記第２プレートの前記第１プレート対向面上に置かれ、前記第１プレートに前記接地装置が連結され、前記第２プレートに前記電源が連結されたものであることを特徴とする請求項２０に記載の薄膜製造装置。   The substrate is placed on a surface of the second plate facing the first plate, the grounding device is connected to the first plate, and the power source is connected to the second plate. The thin film manufacturing apparatus according to claim 20.
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